罐區計量系統中的磁致伸縮液位傳感器應用及與優劣勢

2021-06-28 14:06:11 Sowaysensor

 石油、化工、糧油、食品、消防、交通、冶金、國防等行業都會劃分出專門的罐區范圍,罐區內遍布了許多大小不一的密封容器,用于儲存液體,即儲罐。精確計量儲罐內液體存量,對不同行業的原料或成品庫存管理、評定生產效率、核算收益等有重大意義。

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 一般罐區計量系統,需要測量儲罐內液體的液位高度(用來根據儲罐形狀計算出儲罐內液體存量)、液體分界面高度(例如燃油中的芳香烴會吸收儲罐空氣中的水分,長久儲存過程中會在儲罐底部累積水分從而形成油水分界面)和平均溫度(用于對儲罐內液體存量做補償計算)。應用于儲罐液位測量的高精度液位測量技術主要有磁致伸縮液位計(如圖1)、雷達液位計(如圖2)、伺服液位計(如圖3)。

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圖1安裝在儲罐上的MTS磁致伸縮液位計


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圖2安裝在儲罐上的雷達液位計


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圖3安裝在儲罐上的伺服液位計


 在這三種儲罐液位測量技術中,可能由于生產品牌較少的原因,磁致伸縮液位計是最少被人知道的。MTS生產的磁致伸縮原理的Level Plus液位計,包含電子模塊、表頭外殼、浮子以及內部含有感應元件的測量桿或者軟管從罐頂延伸到罐底。

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硬桿結構磁致伸縮液位計


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軟管結構磁致伸縮液位計

 磁致伸縮液位計的工作原理就是電子模塊能檢測到兩個垂直相交磁場導致的機械形變,其中一個磁場由浮子內的永磁體產生,另一個磁場是由感應元件上的詢問電流脈沖產生。原理如下圖所示:

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 相較于雷達和伺服液位計,磁致伸縮液位計的兩個特點是:對液體分界面高度的測量和不同高度的多點溫度的測量。液體分界面的測量需要在磁致伸縮測量桿或者軟管上多套一個特定密度的浮子,這個浮子的上下兩部分分別浸在上層液體和下層液體中。而多點溫度測量是在測量桿內或者軟管內增加一根包含多個溫度傳感器的測量線纜。根據具體應用,可以選擇1點、5點、12點或者16點溫度測量,或者其他數量的溫度測量點,溫度測量點的高度可以定制。電子模塊會收集每個溫度傳感器上的測量結果,然后液位高度測量結果和溫度傳感器高度比較,最后計算出液面下幾個溫度傳感器的平均溫度。因為這種特性,只需要在儲罐上開一個孔安裝上磁致伸縮液位計,從而實現液位高度、分界面高度和平均溫度的多參數的測量。

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 相對于磁致伸縮液位計,儲罐上使用的更廣為人知的液位計是雷達液位計。雷達液位計向被測液面發出微波,當微波被液面反射回到雷達液位計時,雷達液位計計算發出和收到微波脈沖的時間差來測量液位。雷達液位計的最大優勢是工作的時候和被測液體完全分離,因此經常被用于測量非常粘稠的液體,如瀝青。但是雷達液位計無法測量分界面的高度,因此如圖2所示,經常在儲罐底部安裝一個壓力變送器,壓力測量結果結合雷達液位計測量結果計算出分界面高度。而且儲罐頂部還要多開一個孔來安裝多點溫度計。因此這套系統中經常還需要一個罐旁計算儀,對分界面和平均溫度進行計算。而且雷達液位計的最大測量范圍受到被測液體的介電常數影響,而用戶經常無法確定介電常數的具體數值,因為同一種液體在不同溫度下和不同電磁頻率環境下的介電常數差別很大。而且雷達液位計測量精度受到儲罐內液體揮發的影響。因為雷達液位計是完全非接觸測量,因此雷達液位計的安裝對測量效果影響很大,一般不能離儲罐壁太近,而且需要避開儲罐內的突出結構。


 伺服液位計結構包含伺服電機、輪轂、鋼絲、浮子和其他電子部分。伺服液位計會驅動電機轉動,把纏繞在輪轂上的鋼絲懸掛的浮子提升或者降下。浮子下降過程中,電子模塊會計算釋放的鋼絲的長度,同時感應鋼絲上的張力。當鋼絲上的浮子接觸并浸入被測液體后,鋼絲上的張力產生變化,這時伺服液位計會用儲罐高度減去釋放的鋼絲長度從而計算出液位高度。浮子會繼續下降,當浮子到達液體分界面時,鋼絲上的張力會再次變化,從而計算出液體分界面的高度。而且通過張力變化還能計算出被測液體的密度。伺服液位計的缺點就在于其測量是非連續的,一般測量一次分界面高度需要30~60分鐘,因此一般伺服液位計會在非高峰時段測量分界面和液體密度。而且安裝伺服液位計也需要在儲罐頂部開另一安裝孔,用來安裝一個多點溫度計,如圖3所示。另外,這里也需要一個罐旁計算儀,伺服液位計的測量結果和多點溫度計的測量結果會被輸入罐旁計算儀,用來計算液面下面多點溫度計的平均溫度。而且由于伺服液位計的浮子經常上下移動,很容易和鋼絲脫離,導致日常最多的維護工作就是更換液位計浮子。而更換浮子過程中需要打開伺服液位計安裝孔,如果被測液體是可揮發的易燃液體,則更換浮子過程意味著現場安全系數降低。

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綜上所述,在罐區計量系統中選用MTS磁致伸縮液位計,相較于選用本文提到的另兩種液位計,有以下優點:

1、安裝簡單,只需要在罐上開一個孔,就可以測量液位、分界面高度和平均溫度。而且安裝孔的位置要求不高。

2、不需要罐旁計算儀對分屆面和平均溫度進行計算,可以把這些測量結果以數字總線的方式發送到控制系統。

3、設備功耗更低,應用在易燃易爆地區更加安全。

4、 相對于伺服液位計,結構更加結實耐用,維護成本更低.


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